Ovaj rad predstavlja tro{0}}fazni mjerač snage kojim upravlja jezgreni procesor ARM, njegov hardver i softver detaljno su opisani. Brojilo skupa parametara snage prati mjerenje i prikaz u cjelini. Parametri električne energije mjere se posebnim čipom-CS5463 koji je dizajniran za- mjerenje parametara električne energije. Električno brojilo ima visoku integraciju, nisku cijenu, nisku potrošnju energije i jaku sposobnost protiv-ometanja. Električno brojilo može zadovoljiti energetske zahtjeve inteligentnog upravljanja-. Mjerač može komunicirati s glavnim kontrolerom preko MAX485 čipa i može postići funkciju daljinskog prijenosa podataka. Može lako postići funkciju praćenja-stvarnog vremena, prikupljanja podataka i ima dobre izglede za primjenu.
Ključne riječi:tro-fazni mjerač snage;LPC2148;CS5463;ARM
Sadržaj
2. Cjelokupna ideja dizajna hardvera za tro-fazni pametni mjerač
3. Dizajn sklopa svakog funkcionalnog modula
3.1 Dizajn tro-faznog pametnog sustava kontrole brojila temeljenog na ARM-u
3.2 Hardverski krug detekcije i mjerenja snage
Trenutno je primjena brojila električne energije u zemlji i inozemstvu u fazi popularizacije pametnih brojila. S mikroprocesorima kao jezgrom, pametna brojila koriste tehnologiju digitalnog uzorkovanja za izvođenje digitalnih izračuna i obrade izmjerenog napona i struje, te ostvaruju mjerenje električne energije i praćenje snage, struje, napona i ostalih informacija o parametrima mreže. S promicanjem i izgradnjom pametnih mreža diljem svijeta, pametna brojila predstavljat će veliku potražnju na tržištu. Korištenje velikog broja nelinearnih opterećenja, kao što su dizala, nekontrolirani ispravljači, regulatori brzine promjenjive frekvencije, itd., uzrokovalo je sve ozbiljnije harmonijsko onečišćenje električne mreže. Trenutno se mjerila električne energije i drugi instrumenti za mjerenje električnih parametara projektiraju prema frekvenciji električne energije. Kada ulazni signal sadrži harmonike, ne može se postići točno mjerenje. Dakle, osim preciznog mjerenja električne energije i mjerenja parametara kao što su djelatna snaga, jalova snaga, struja, napon, faktor snage itd. u elektroenergetskoj mreži, pametna brojila trebaju imati i funkcije automatskog očitanja brojila i daljinskog prijenosa podataka.
Ovaj rad koristi ARM čip kao mikroprocesor za dizajn pametnog brojila koje može ostvariti uvjetni prijenos podataka na daljinu i ima funkciju automatskog očitavanja brojila. Mjerač ima prednosti niske cijene, preciznog mjerenja, dobrih-izvedba u stvarnom vremenu i praktičnog upravljanja.
2. Cjelokupna ideja dizajna hardvera za tro-fazni pametni mjerač
Tro-pametno brojilo koristi ARM čip-LPC2148 kao mikroprocesor i namjenski mjerni čip CS5463 kao tro-fazni čip za uzorkovanje i obradu podataka o električnoj energiji. Na temelju ostvarivanja funkcija tradicionalnog tro-faznog brojila, ono komunicira s glavnim računalom putem RS485 komunikacijskog sučelja kako bi se ostvario daljinski prijenos podataka.
Hardverski sklop sustava uglavnom se sastoji od četiri dijela: (1) ARM sustav jezgre ploče; (2) tro-krug uzorkovanja snage i obrade podataka; (3) MAX485 čip i komunikacijski krug glavnog računala; (4) druge potrebne vanjske uređaje, poput gumba, zaslona itd.
Dizajn mjerača koristi LPC2148 ARM čip kao hardversku strukturu tro-faznog mjerača snage za kontrolni procesor; praćenje informacija o parametrima snage koristi namjenski čip za mjerenje snage CS5463; matrica od 128×64 točaka koristi se za realizaciju funkcije LCD zaslona, integrirajući mjerenje parametara snage i funkcije prikaza. Daljinska komunikacija podataka pametnog brojila ostvaruje se korištenjem RS485 komunikacijskog čipa MAX485.
3. Dizajn sklopa svakog funkcionalnog modula
Krug hardverskog sustava trofaznog pametnog brojila uglavnom uključuje osnovni krug centra mikrokontrolera, krug detekcije napajanja i prikupljanja podataka, krug napajanja, krug prikaza i krug komunikacijskog sučelja RS485. Glavni kontroler LPC2148 čita podatke triju modula za prikupljanje energije s CS5463 čipom kao jezgrom putem ugrađenog-SPI sučelja i ostvaruje funkciju daljinskog prijenosa podataka putem ugrađenog-komunikacijskog serijskog priključka i 485 komunikacijskog protokola.
3.1 Dizajn tro-faznog pametnog sustava kontrole brojila temeljenog na ARM-u
Tro-pametno brojilo koristi ARM čip-LPC2148 kao mikroprocesor i usvaja tri namjenska čipa za mjerenje energije CS5463 za realizaciju uzorkovanja podataka o mreži i obradu podataka, te razmjenjuje podatke s MCU-om u-dijeljenju vremena putem SPI sučelja, kako bi se ostvarila funkcija otkrivanja podataka i uzorkovanja tro-fazno napajanje; LPC2148 je povezan s MAX485 čipom putem vlastitog serijskog komunikacijskog sučelja, kako bi se ostvarila funkcija daljinskog prijenosa podataka.
3.2 Hardverski krug detekcije i mjerenja snage
Ovaj krug koristi namjenski jedno-fazni čip za mjerenje snage CS5463 kao jezgru. Dizajn strujnog kruga koristi tri CS5463 čipa za mjerenje snage jedne linije, a zatim dovršava detekciju i obradu informacija o tro-faznoj snazi u električnoj mreži putem kombinacije podataka. Specifična shema implementacije prikazana je na slici 2. U hardverskom krugu za realizaciju detekcije i mjerenja snage, usvojen je dizajn električne izolacije između dalekovoda i CS5463. Električna izolacija se postiže pomoću dva transformatora i strujnog transformatora. Među transformatorima, jedan je obični transformator, koji se koristi za osiguranje istosmjerne struje potrebne za rad CS5463; drugi je visoko{10}}precizan transformator niske-impedancije s vrlo malim prigušenjem i faznim kašnjenjem pod višim harmonicima, koji se koristi za mjerenje informacija o naponu. Strujni transformator se koristi za mjerenje informacija o struji dalekovoda. Otpornik je spojen preko sekundara strujnog transformatora za generiranje naponskog signala potrebnog za očitavanje struje za strujni kanal CS5463.
Dizajn softvera trofaznog pametnog brojila uglavnom se sastoji od četiri dijela:
(1) glavni upravljački program LPC2148; (2) CS5463 program za prikupljanje i obradu podataka; (3) komunikacijski program MAX485; (4) pomoćni program upravljačkog programa za vanjske uređaje poput tipkovnice i zaslona.
Ovaj rad detaljno predstavlja hardverski princip i dizajn softvera trofaznog pametnog brojila temeljenog na ARM čipu-LPC2148. Dizajnirano tro-pametno brojilo integrira mjerenje parametara električne energije i funkcije prikaza, a ima prednosti visoke integracije, jakih funkcija, niske cijene i jake sposobnosti zaštite- od smetnji. Komunikacijski protokol industrijskog standarda 485 koristi se za realizaciju prijenosa podataka, što poboljšava-izvedbu praćenja podataka u stvarnom vremenu i dobro ispunjava zahtjeve inteligentnog upravljanja energijom. Rezultati eksperimentalnog ispitivanja pokazuju da aktivna mjerna točnost i reaktivna mjerna točnost u podacima prikupljenim pomoću tro-faznog pametnog brojila ispunjavaju zahtjeve dizajna sustava i imaju visoku vrijednost primjene.